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稀疏孔径一维旋转合成阵列的成像特性

光学学报 2024年第4期44卷 136-145页

作者：张会燕刘明宁布惠梅董立泉孔令琴赵跃进北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器与技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

分析了一维多孔径阵列的成像特性,选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列,以最大化频域覆盖为设计标准,设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构,以提高中频调制传递函数(IFMTF... 详细信息

分析了一维多孔径阵列的成像特性,选取子孔径间距比为1∶2的一维非冗余三孔径结构为基阵列,以最大化频域覆盖为设计标准,设计了沿基线方向对基阵列在360°范围内以不同角度进行多次旋转的新型合成孔径结构,以提高中频调制传递函数(IFMTF)和系统成像质量。当填充因子为28.51%时,旋转合成得到的九孔径阵列的IFMTF值(0.1223)大于Golay-9阵列的0.0782。仿真和实验结果的定量和定性评价均证明了所提方法的有效性。

关键词：成像系统光学稀疏孔径一维多孔径阵列旋转合成中频调制传递函数频域覆盖

基于焦平面探测器的红外相机成像模型和静态传函测试方法研究

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红外与毫米波学报 2022年第6期41卷 1072-1080页

作者：孔健傅雨田赵跃进北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 中国科学院上海技术物理研究所上海200083

建立了基于焦平面探测器的红外成像系统成像的空间域和频率域模型;并分析指出,由于背景辐射的存在和红外探测器明显的响应非均匀性,只有系统经过良好的辐射校正,方能使其成像过程符合线性和空间不变性条件,使得相机可以采用传递函数来... 详细信息

建立了基于焦平面探测器的红外成像系统成像的空间域和频率域模型;并分析指出,由于背景辐射的存在和红外探测器明显的响应非均匀性,只有系统经过良好的辐射校正,方能使其成像过程符合线性和空间不变性条件,使得相机可以采用传递函数来评价其几何成像性能。提出了针对基于焦平面探测器的红外成像系统的传函测试方法,能够有效地处理背景辐射的影响而且不受系统不均匀性的影响,试验和应用实践显示了该方法的有效性。

关键词：红外成像模型传函测试

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基于线性调频机制的太赫兹无损检测成像技术

光学学报 2022年第4期42卷 75-85页

作者：张振伟赵跃进缪寅宵张存林北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室北京市太赫兹与红外工程技术研究中心北京市成像理论与技术高精尖创新中心北京100048 北京航天计量测试技术研究所北京100076

基于全固态电子器件和零中频机制,设计了基于调频连续波的太赫兹无损检测成像系统。所提系统的有效频率范围为9.375~13.75 GHz,经24倍频后自由空间中的频率范围为0.225~0.330 THz。采用单个喇叭天线与定向耦合器结合,实现收发一体,并利... 详细信息

基于全固态电子器件和零中频机制,设计了基于调频连续波的太赫兹无损检测成像系统。所提系统的有效频率范围为9.375~13.75 GHz,经24倍频后自由空间中的频率范围为0.225~0.330 THz。采用单个喇叭天线与定向耦合器结合,实现收发一体,并利用光学透镜组对太赫兹波束进行准直聚焦。对准光系统的波束质量进行了优化,提高了系统的信噪比,确保了在现有参数条件下的最佳空间分辨率。同时,采用相位聚焦的方法对系统进行了非线性矫正,使得深度分辨率接近理论分辨率。系统采用直线扫描和旋转扫描组合的方式,实现了柱坐标三维数据的获取。利用所提系统对高压绝缘端子进行了检测评估,并重构了全视角透视图像,实现了目标三维结构在实空间和像空间的孪生对应。此外,所提系统能够准确地显示绝缘端子内部的异常区域,有助于直观地评估被检测目标的内部状态,进而可以进一步满足工业领域无损检测的需求。

关键词：成像系统太赫兹波太赫兹成像无损检测调频连续波绝缘端子

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强场宽带太赫兹波辐射的研究进展

光学学报 2023年第15期43卷 399-420页

作者：赵航赵跃进张亮亮张存林北京理工大学光电学院北京100081 首都师范大学物理系北京100048 北京理工大学长三角研究院浙江嘉兴314019

太赫兹光谱分析和检测技术在材料特性研究、医学诊断、环境监控等方面具有广阔的应用前景。目前高性能太赫兹源的缺乏是太赫兹光谱检测和成像技术发展缓慢的制约因素之一。因此,强场宽带太赫兹源的开发一直是太赫兹领域的研究重点。综... 详细信息

太赫兹光谱分析和检测技术在材料特性研究、医学诊断、环境监控等方面具有广阔的应用前景。目前高性能太赫兹源的缺乏是太赫兹光谱检测和成像技术发展缓慢的制约因素之一。因此,强场宽带太赫兹源的开发一直是太赫兹领域的研究重点。综述超快飞秒激光脉冲驱动下强场太赫兹波辐射的研究进展,详述激光激励金属纳米薄膜、气体和液体中等离子体辐射宽频强场太赫兹波的现象和物理机制,并比较了各种强场太赫兹产生方法的特点和优缺点,最后讨论基于超快激光激发物质产生太赫兹波的发展前景及所面临的挑战。

关键词：超快光学太赫兹辐射金属薄膜气体等离子体液体等离子体

基于卷积神经网络的高精度分块镜共相检测方法

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物理学报 2022年第16期71卷 142-151页

作者：赵伟瑞王浩张璐赵跃进褚春艳北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081

为获得与单口径望远镜相当的空间分辨率,使成像系统成像质量达到或接近衍射极限,拼接主镜式望远镜的分块子镜应确保实现共相位拼接,本文针对拼接主镜式望远镜高精度平移(piston)误差检测问题,提出了一种基于卷积神经网络的高精度平移误... 详细信息

为获得与单口径望远镜相当的空间分辨率,使成像系统成像质量达到或接近衍射极限,拼接主镜式望远镜的分块子镜应确保实现共相位拼接,本文针对拼接主镜式望远镜高精度平移(piston)误差检测问题,提出了一种基于卷积神经网络的高精度平移误差检测方法.通过在成像系统的出瞳面上设置具有离散孔的光阑,构建了对平移误差极为敏感的点扩散函数图像数据集,根据此数据集的特点搭建了具有高性能的网络模型,并测试得到网络的最佳检测范围.仿真结果表明,在略小于一个波长的捕获范围内,单个网络能够准确地输出一个或多个分块子镜的平移误差;应用于六子镜成像系统时,平移误差检测精度达0.0013λRMS(root mean square),并且方法对残余倾斜(tip-tilt)误差、波前像差、CCD噪声、光源带宽具有良好的鲁棒性.该方法简单快速,可广泛应用于分块镜系统的平移误差检测.

关键词：分块镜平移误差卷积神经网络点扩散函数

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基于近红外视频的非接触鲁棒性心率检测

中国激光 2023年第21期50卷 159-165页

作者：孔令琴吴小溪董立泉赵跃进刘明北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

提出了一种基于近红外视频的心率检测方法。该方法采用正交分解投影结合奇异值分解(OP-SVD)的方法,实现了夜间运动状态下的高精度鲁棒性心率检测。该方法通过人脸标志点检测,将人脸分为多个感兴趣子区域,获得了多通道成像式光电容积描记... 详细信息

提出了一种基于近红外视频的心率检测方法。该方法采用正交分解投影结合奇异值分解(OP-SVD)的方法,实现了夜间运动状态下的高精度鲁棒性心率检测。该方法通过人脸标志点检测,将人脸分为多个感兴趣子区域,获得了多通道成像式光电容积描记(IPPG)信号;采用正交分解投影法去除多通道IPPG信号中的运动伪迹;接着利用奇异值分解法再次去噪,并通过重构子区域信号获得了高信噪比IPPG信号,最终实现了心率的准确提取。实验结果表明,与传统方法相比,该方法的误差最小,其平均绝对误差(MAE)值达到了3.14 bit/min。

关键词：医用光学近红外视频成像式光电容积描记术心率正交分解投影奇异值分解

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RGB图像高光谱重建的组织血氧饱和度评估

光谱学与光谱分析 2023年第10期43卷 3193-3201页

作者：王雨晨孔令琴赵跃进董立泉刘明惠梅北京理工大学光电学院北京100081 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 浙江嘉兴314019

组织血氧饱和度(StO_(2))是检测组织和血液中血液灌注和血液氧合变化的重要指标,在临床及日常监测中具有重要意义。高光谱成像以其非接触、光谱信息丰富等优点,成为一种评估StO_(2)的新兴手段,然而高光谱成像设备造价昂贵且操作复杂,限... 详细信息

组织血氧饱和度(StO_(2))是检测组织和血液中血液灌注和血液氧合变化的重要指标,在临床及日常监测中具有重要意义。高光谱成像以其非接触、光谱信息丰富等优点,成为一种评估StO_(2)的新兴手段,然而高光谱成像设备造价昂贵且操作复杂,限制了其使用环境及发展。传统工业相机获取皮肤组织的RGB图像空间分辨率高、但其光谱分辨率低,若能提高光谱分辨,则其实现高精度生理参数测量成为可能。提出了一种基于RGB图像高光谱重建的StO_(2)评估方法。该方法基于深度学习方法构建了从RGB图像到皮肤组织高光谱图像的重建模型,获得了高物理可靠性皮肤组织高光谱图像,并利用改进的朗伯比尔模型,实现了区域StO_(2)评估。采用普通可见光相机与高光谱相机通过捆绑实验同时采集了49位受试者处于不同血液灌注状态下手部的RGB图像与高光谱图像作为数据集。在对高光谱图像进行降维去噪的基础上,根据含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白的特征光谱选取了450~600 nm(含31个光谱通道)波段作为重建光谱波段,构建了基于深度学习的皮肤组织高光谱重建神经网络模型。实验结果表明,重建模型获得的皮肤反射光谱与高光谱相机直接采集的反射光谱曲线具有较高的一致性,测试集中二者的平均绝对误差(MAE)为0.00938,均方误差(RMSE)为0.01481。之后对重建模型得到的区域StO_(2)测量结果与高光谱相机得到的测量结果二者的相似性进行了定量评估,测试集样本中两种方法生成StO_(2)空间分布图的二维相关系数均处于可靠范围内(大于94%),表明了本文提出的基于可见光图像高光谱重建的StO_(2)评估方法具有较高的可靠性。该研究利用普通彩色相机实现了区域StO_(2)评估,为各种疾病的临床诊断和监测提供了一种简单低成本的StO_(2)监测方法。

关键词：组织血氧饱和度 RGB图像光谱重建深度学习

基于三阶Adams-Bashforth公式法的磁位场向下延拓技术

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地球物理学进展 2022年

作者：尤天顺赵跃进刘明董立泉孔令琴惠梅北京理工大学光电学院精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京理工大学长三角研究院(嘉兴)

航磁测量作为高空地理信息探测的重要发展方向，已成为国内外研究的趋势。在航磁数据库的建立中，磁位场延拓技术能够有效增强弱异常和识别重叠异常，从而建立地球磁场数据的垂直高度关系。然而基于傅里叶变换的下延方法在数学上是不适... 详细信息

航磁测量作为高空地理信息探测的重要发展方向，已成为国内外研究的趋势。在航磁数据库的建立中，磁位场延拓技术能够有效增强弱异常和识别重叠异常，从而建立地球磁场数据的垂直高度关系。然而基于傅里叶变换的下延方法在数学上是不适定问题，基于迭代的下延方法会导致噪声累积。为此，本文提出一种基于Adams-Bashforth公式法的磁位场向下延拓技术。首先，对观测面磁位场一阶垂向导数向上延拓，得到不同高度的磁位场垂向导数；然后，基于三阶Adams-Bashforth公式法，根据观测面磁位场剩磁强度及向上延拓的一阶垂向导数推导出稳定的向下延拓公式，根据延拓公式求解探测磁位场剩磁强度；最后为验证本文方法，将其分别应用于理论模型和实际航磁数据。理论模型仿真表明，相比四阶和八阶，三阶Adams-Bashforth下延法在多目标反演中效果更好；同时，对比FFT下延法和积分迭代下延法，Adams-Bashforth下延法收敛速度快、识别精度更高，而且拥有更强的抗噪水平；引入来自密西西比州富兰克林的克兰菲尔德油田区域实际航磁数据，将90m高度磁位场剩磁强度通过本文方法下延至45m高度，并与45m高度的实际磁位场数据对比，全局误差控制在12.5nT，验证该方法可实现稳定、高精度的磁场向下延拓，证明本文向下延拓方法为航磁数据的后续处理提供了新的思路。

关键词：航磁磁位场向下延拓 Adams-Bashforth公式法抗噪能力数据处理

头部旋转运动下自适应非接触鲁棒性心率检测方法

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物理学报 2022年第5期71卷 376-384页

作者：巴图巴雅尔·欧赟赵跃进孔令琴董立泉刘明惠梅北京理工大学光电学院北京100081 北京理工大学精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室北京100081 北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 嘉兴314019

基于人脸视频的生理信号检测面临的主要挑战是运动伪影噪声.针对受试者头部刚性旋转运动引起的伪影噪声,本文提出利用头部运动信息构建自适应滤波器的非接触式心率检测方法.该方法利用人脸二维和三维的特征点计算受试者运动中头部的偏... 详细信息

基于人脸视频的生理信号检测面临的主要挑战是运动伪影噪声.针对受试者头部刚性旋转运动引起的伪影噪声,本文提出利用头部运动信息构建自适应滤波器的非接触式心率检测方法.该方法利用人脸二维和三维的特征点计算受试者运动中头部的偏航和俯仰欧拉角度,并将其作为调控过程噪声协方差的信号质量指数,进而构建了自适应Kalman滤波器,实现了稳健的心率估计.实验结果表明:本文提出的方法可有效抑制头部刚性旋转运动引起的噪声,平均绝对误差为2.22 beat/min,均方根误差为2.76 beat/min,与现有方法相比准确度分别提升9%与24.6%,具有统计显著性.本文提出的头部旋转角度自适应非接触鲁棒性心率检测方法在自发运动的真实场景下能有效提升检测的准确性,扩大了成像式光电容积描记技术在视频健康监测领域的使用场景.

关键词：人脸视频非接触式心率检测头部旋转运动自适应Kalman滤波器

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